Электронные пособия по физике на примере Физика. класс , Открытая физика 2.0 Электронное издание Физика, 7-11 классы предназначено для учащихся школ, лицеев, гимназий, колледжей, для абитуриентов, готовящихся к поступлению в вуз и для самостоятельного изучения физики. Его содержание соответствует программе курсов физики и астрономии для общеобразовательных учреждений России.
Электронное издание разработано при содействии НФПК - Национального фонда подготовки кадров. Курс является победителем конкурса по разработке и созданию учебной литературы нового поколения на электронных носителях для общеобразовательной школы, проводимого НФПК - Национальным фондом подготовки кадров и Министерством образования Российской Федерации.
Курс выпускается на двух дисках и содержит электронный иллюстрированный конспект около 100 видеофрагментов на диске 2 около 250 виртуальных лабораторий и интерактивных моделей вопросы и задачи для самоподготовки справочные таблицы предметный указатель поисковую систему по ключевому слову звуковое сопровождение систему помощи каталог Интернет-ресурсов по физике методические пособия для учителей.
Для учебных учреждений разработана сетевая версия. Интерфейс курса Физика, 7-11 классы позволяет пользователю, имеющему доступ в Интернет, связаться с сервером компании ФИЗИКОН, на котором осуществляется поддержка пользователей курса. Сетевая версия содержит электронный иллюстрированный конспект теории около 100 видеофрагментов на диске 2 около 250 виртуальных лабораторий и интерактивных моделей вопросы и задачи для самоподготовки сетевой тестирующий комплекс, включающий 3000 вопросов и задач справочные таблицы предметный указатель поисковую систему по ключевому слову звуковое сопровождение систему помощи каталог интернет-ресурсов по физике методические пособия для учителей.
Курс Физика, 7-11 классы может быть использован в учебном процессе следующим образом. Самостоятельная подготовка учащихся изучение конспектов, просмотр видеозаписей, проведение практических работ. Демонстрации учителем в классе показ видеозаписей, интерактивных моделей и анимаций, в т.ч. с помощью мультимедиа-проектора на экране. Классные лабораторные работы в компьютерном классе. Самостоятельные практические работы учеников решение примеров из базы данных вопросов и задач. Проведение электронной аттестации учащихся контрольная работа в компьютерном классе. Подготовка материалов для проведения контрольной работы в традиционном бумажном варианте в классе.
Подготовка учителя к занятию или контрольной работе. Выполнение учащимися творческих работ под руководством учителя, а также самостоятельно.
Интерактивный курс позволит получить глубокие знания по различным разделам физики механике, термодинамике и молекулярной физике, электростатике, оптике, атомной и ядерной физике, элементам теории относительности. Также на диске изложены вопросы, касающиеся происхождения и развития Солнечной системы, нашей Галактики и Вселенной. Формы предоставления учебного материала графики, рисунки, таблицы, текст Компьютерный курс Физика, 7-11 классы содержит интерактивные задания для проверки знаний учащихся.
Расположены эти задания в конце каждого параграфа конспекта. Каждое задание представляет собой окно, в котором предлагается тот или иной способ ввода ответа. Там также содержатся кнопки, с помощью которых можно проверить ответ или посмотреть правильное решение. Программа содержит сетевой тестирующий комплекс - новейший комплекс программ компании Физикон, предназначенный для самостоятельного решения задач и аттестации в локальной сети и в Интернете.
Сетевой тестирующий комплекс устанавливается вместе с сетевой версией программы Физика, 7-11 классы на сервер локальной сети, однако его можно установить и на компьютер, не подсоединенный к сети, используя одновременно как сервер и как терминал пользователя. Сетевой тестирующий комплекс включает в себя следующие блоки Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки. добавление новых пользователей, редактирование свойств уже имеющихся пользователей, установка паролей и ролевых ограничений Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки. каталогизированное хранение задач, добавление новых и редактирование уже имеющихся задач в т.ч. при помощи визуального редактора, экспорт задач из формата CourseML и импорт в этот формат Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки. управление дополнительными таблицами базы данных темы, ключевые слова, авторы и т.п. Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки. составление шаблонов и вариантов контрольных работ, выбор задач для контрольных работ, просмотр и печать вариантов, назначение вариантов ученикам, текущий контроль выполнения контрольных работ, автоматическая и ручная проверка решений учеников Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки. просмотр статистической информации по контрольным работам и ученикам с ролевым ограничением прав доступа.
Сетевой тестирующий комплекс компании Физикон предоставляет возможность управлять доступом пользователей к программе, предоставляя пользователям различные привилегии.
Комплекс поддерживает три ролевые группы, обладающие различными правами Администраторы.
Имеют доступ ко всему спектру возможностей комплекса. Назначайте пользователя администратором только в том случае, если вы уверены в его благонадежности. Учителя. Обладают всем спектром возможностей комплекса за исключением управления пользователями. Назначайте эту роль всем пользователям, которым необходим активный доступ к Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки. с возможностью редактирования базы данных и составления контрольных работ.
Ученики. Не могут управлять пользователями, вносить изменения в базу данных вопросов и задач, составлять и назначать контрольные работы. Назначайте эту роль пользователям, которым необходимы возможности прохождения аттестации на заданиях комплекса. Компьютерный курс Физика, 7-11 классы оформлен в виде набора веб-страниц, для просмотра которых используется обозреватель Internet Explorer. Подобные страницы вы могли видеть, путешествуя по Интернету.
Однако для работы с данным курсом вам не обязательно иметь доступ в Интернет. Все страницы курса будут установлены на ваш компьютер при его инсталляции. Подключение к Интернету предоставляет дополнительные возможности. Оно позволяет связаться с сервером компании ФИЗИКОН, на котором осуществляется поддержка пользователей курса. Кроме того, оно позволяет выйти за пределы данного курса, при помощи многочисленных ссылок на Интернет-ресурсы, представляющие интерес для учителя физики.
Программа Открытая физика Мультимедиа-обучающая программа Открытая физика 2.0 , созданная компанией ФИЗИКОН, завоевала целый ряд призов и дипломов на национальных конкурсах учебных программ, признана лучшей образовательной программой по физике на ИТО-98, переведена и издана во многих странах США, Англия, Франция, Германия, Италия, Греция, Австралия. Курс Открытая Физика 2.0 ориентирован на учащихся 7-11 классов общеобразовательных учреждений, на абитуриентов, самостоятельно готовящихся к поступлению в вузы, на слушателей подготовительных учреждений.
Он также может быть полезен студентам педагогических вузов и школьным учителям физики. В новой версии курса добавлен хорошо иллюстрированный учебник, который, по существу, по принятой в учебной литературе терминологии является подробным справочником по физике, предназначенным для того, чтобы напомнить пользователю основные физические понятия и закономерности изучаемых явлений, написание основных формул, значения важнейших физических констант и так далее.
Содержание учебника полностью соответствует программе курса физики для общеобразовательных учреждений России. Учебник систематически излагает материал программы. Большинство из 44 параграфов учебника рассчитаны на учащихся основной школы однако не- которые параграфы предназначены для классов с углубленным изучением физики вращение твердого тела, механические автоколебания, второй закон термодинамики, энтропия и т.д Каждая излагаемая в учебнике тема сопровождается подборкой задач.
Часть задач снабжена решениями, или подробными указаниями, чтобы напомнить пользователю методику решений. Другая часть предназначена для самостоятельного решения и самопроверки. Самостоятельное решение задач есть лучший способ усвоения теоретического материала. В курс включены задачи различной трудности - от очень простых одноходовых задач, до весьма трудных задач, представляющих собой маленькие теоретические исследования для развития творческих способностей учащихся.
Самостоятельно решенные задачи могут быть сверены с правильным решением при этом результат может быть занесен в журнал успеваемости данного учащегося. С помощью этого журнала школьные учителя, преподаватели подготовительных курсов или даже родители могут контролировать успехи учащегося при самостоятельной работе над курсом. Наряду с обычным традиционными задачами в курс включено значительное количество тестовых задач, в которых предлагается выбрать правильный ответ из целой серии возможных ответов.
Такой способ проверки знаний широко используется в зарубежной практике. Последние годы тестирование активно внедряется и в России, в том числе при приеме вступительных экзаменов в некоторые вузы. Полноценное физическое образование невозможно без экспериментальной работы в лабораториях. К сожалению, в настоящее время в силу известных причин во многих общеобразовательных учреждениях кабинеты физики имеют недостаточное количество экспериментальных материалов.
Курс Открытая Физика 2.0 предлагает учащимся выполнить несколько лабораторных компьютерных экспериментов, которые в какой-то мере могут восполнить недостатки экспериментальной подготовки учащихся. Лабораторные задания в курсе формулируются так, что сначала учащийся должен дать ответ на поставленный вопрос, а затем проверить правильность полученного результата, выполнив компьютерный эксперимент. Разумеется, компьютерная лаборатория не может полностью заменить настоящую физическую лабораторию.
Однако выполнение компьютерных лабораторных работ требует определенных навыков, характерных и для реального эксперимента - выбор условий эксперимента, установка параметров опыта и т.д. В этом смысле лабораторные работы в электронном курсе физики будут, несомненно, полезны учащемуся. 1.3. Использование компьютерных моделей на уроках физики Компьютерное моделирование позволяет наглядно иллюстрировать физические эксперименты и явления, воспроизводить их тонкие детали, которые могут быть незамечены наблюдателем при реальных экспериментах.
Использование компьютерных моделей и виртуальных лабораторий предоставляет нам уникальную возможность визуализации упрощённой модели реального явления. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению. Кроме того, компьютер позволяет моделировать ситуации, нереализуемые экспериментально в школьном кабинете физики, например, работу ядерной установки.
Работа учащихся с компьютерными моделями и виртуальными лабораториями чрезвычайно полезна, так как они могут ставить многочисленные эксперименты и даже проводить небольшие исследования. Интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Процесс компьютерного моделирования для учащихся увлекателен и поучителен, так как результат моделирования всегда интересен, а в ряде случаев может быть весьма неожиданным.
Создавая модели и наблюдая их в действии, учащиеся могут познакомиться с рядом физических явлений, изучить их на качественном уровне, а также провести небольшие исследования. 13 В таблице 1.1. показана общность логики развертывания исследования, состава и последовательности выполняемых субъектом действий в натурном и различного вида модельных экспериментах. 19 Этапы Натурный эксперимент Модельный эксперимент Планирование Разработка метода исследования Разработка метода исследования актуализация теории, получение расчетной формулы, определение состава контролируемых величин и способа их определения, прогноз точности и достоверности результатов, определение оптимальных методик проведения измерений и наблюдений, в т.ч диапазона варьирования величин, способа фиксации результатов и т.п проектирование экспериментальной установки.
Разработка метода исследования актуализация теории, получение расчетной формулы, определение состава контролируемых величин и способа их определения, прогноз точности и достоверности результатов, определение оптимальных методик исследования модели, в т.ч диапазона варьирования величин, способа фиксации результатов и т.п проектирование модели.
Выполнение действий по получению первичных данных Сборка, наладка и тестирование экспериментальной установки, подготовка образцов, выполнение измерений и наблюдений, фиксирование их результатов Реализация модели, проверка правильности ее функционирования тестирование, выполнение исследовательских процедур, фиксирование их результатов. Обработка и интерпретаци и полученных данных Обработка и интерпретация полученных данных в рамках используемой теории или гипотезы, изложение результатов и выводов.
Обработка и интерпретация полученных данных в рамках используемой теории или гипотезы, перенос результатов исследования модели на подлинный объект исследования, изложение результатов и выводов. Табл. 1.1. Состав и последовательность действий, выполняемых в натурном и различного вида модельных экспериментах Разумеется, компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию.
Тем не менее, при выполнении компьютерных лабораторных работ у школьников формируются навыки, которые пригодятся им и для реальных экспериментов - выбор условий экспериментов, установка параметров опытов и т.д. Все это превращает выполнение многих заданий в микроисследования, стимулирует развитие творческого мышления учащихся, повышает их интерес к физике. 14 Компьютерные модели, разработанные компанией ФИЗИКОН , легко вписываются в урок и позволяют учителю организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся.
В качестве примера приведём три вида уроков с использованием компьютерных моделей 1.Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они смогут проверить, поставив компьютерные эксперименты.
Самостоятельная проверка полученных результатов при помощи компьютерного эксперимента усиливает познавательный интерес учащихся, делает их работу творческой, а в ряде случаев приближает её по характеру к научному исследованию. В результате многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели. Учитель может сознательно побуждать учащихся к подобной деятельности, не опасаясь, что ему придётся решать ворох придуманных учащимися задач, на что обычно не хватает времени.
Более того, составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания. 2.Урок-исследование Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Тем более, что многие модели позволяют провести такое исследование буквально за считанные минуты, учитель формулирует темы исследований, а также помогает учащимся на этапах планирования и проведения экспериментов. 3.Урок - компьютерная лабораторная работа Для проведения такого урока необходимо, прежде всего, разработать соответствующие раздаточные материалы, то есть бланки лабораторных работ.
Задания в бланках работ следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера.
При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения. Расчётные задачи учащимся рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем поставить компьютерный эксперимент для проверки правильности полученного ответа. Задания творческого и исследовательского характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором.
По указанной причине уроки последних двух типов особенно эффективны, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы. Ведь эти знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в таких случаях является лишь помощником в творческом процессе формирования знаний. 14 В процессе работы с мультимедийными курсами ООО ФИЗИКОН были предложены следующие виды заданий к компьютерным моделям 1. Ознакомительное задание 2. Компьютерные эксперименты 3. Экспериментальные задачи 4. Расчётные задачи с последующей компьютерной проверкой 5. Неоднозначные задачи 6. Задачи с недостающими данными 7. Творческие задания 8. Исследовательские задания 9. Проблемные задания 10. Качественные задачи.
Образовательные результаты, которые достигаются при применении информационных технологий -учащимся предоставляется возможность индивидуальной исследовательской работы с компьютерными моделями, в ходе которой они могут самостоятельно ставить эксперименты, быстро проверять свои гипотезы, устанавливать закономерности -учащимся предоставляется индивидуальный темп обучения - учащимся предоставляется возможность выполнить компьютерную лабораторную работу -учащиеся приобретают навыки оптимального использования персонального компьютера как обучающего средства -учитель получает возможность провести быструю индивидуальную диагностику результативности процесса обучения -у учителя высвобождается время на индивидуальную работу с учащимися особенно с отстающими, в ходе которой он может корректировать процесс познания.
Глава II.Дидактические принципы изучения темы Электромагнитные колебания в курсе физики средней школы2.1Методика изучения темы Электромагнитные колебания в курсе физики средней школы При определении содержания и методов изучения данного раздела необходимо руководствоваться такими основными факторами, как научной значимостью отобранного для изучения материала и важностью его практических приложений.
Колебательные процессы - одни из самых распространенных процессов в природе. Изучение колебаний - это универсальный ключ ко многим тайнам мира. Колебательные процессы, а именно электромагнитные колебания являются основой действия всех электро и радиотехнических устройств.
В процессе изучения темы Электромагнитные колебания рассматриваются свободные электромагнитные колебания и автоколебания в колебательных контурах, а также вынужденные колебания в электрических цепях под действием синусоидальной ЭДС. Все эти вопросы имеют очень большое значение, так как на их основе затем изучаются электромагнитные волны с их научно-практическими приложениями.
При изложении данной темы в курсе физики средней школы учитель должен опираться на следующие основные положения использование аналогий механических и электромагнитных колебаний изучение и объяснение явлений и процессов на основе знаний об электрическом и магнитном полях и электромагнитной индукции, полученных в X классе широкое применение физического эксперимента. Содержание материала и последовательность его изложений отражены в ниже следующем примерном поурочном планировании Данное поурочное планирование предложено Н.В. Усовой в ее пособии Методика изучения физики в 9-10 классах . 1-й и 2-й уроки.
Повторение материала об электромагнитной индукции. Свободные и вынужденные электрические колебания. 3-й урок. Колебательный контур.
Превращение энергии при ЭМК. 4-й урок. Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями. 5-й урок. Уравнения гармонических колебаний в контуре. Упражнения. Первые пять уроков отводятся на изучение процессов в колебательном контуре. Центральными являются уроки, на которых рассматривается колебательный контур, раскрывается сущность происходящих в нем процессов и устанавливается, что свободные электромагнитные колебания в идеальном контуре гармонические.
С колебательным контуром учащиеся знакомятся, наблюдая электромагнитные колебания низкой частоты, возникающие в цепи, состоящей из последовательного соединенных конденсатора и катушки индуктивности. Электромагнитные колебания вначале представляются как периодическое в идеале - гармоническое изменение физических величин заряда, тока, напряжения, характеризующих состояние системы проводников. Затем показывается, что при этом происходит периодическое изменение энергий электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки с током.
Очень важно при этом отметить, что эти изменения неразрывно связаны друг с другом, что выражается в сохранении полной энергии в идеальном колебательном контуре. Необходимо показать, что колебательный контур - это система, у которой есть состояние устойчивого равновесия, характеризуемое состоянием с минимальной потенциальной энергией конденсатор не заряжен, в которое система приходит сама собою разрядка конденсатора и через которое она может проходить по инерции явление самоиндукции. Это следует подчеркнуть при количественном изучении процессов в контуре и получении формулы Томсона, так как только для колебательной системы имеет смысл понятие собственная частота. Чтобы доказать, что в идеальном контуре происходят гармонические колебания, необходимо получить основное уравнение, описывающее процессы в контуре и показать его аналогичность уравнению гармонических механических колебаний.
Для получения основного уравнения, описывающего процессы в контуре, лучше использовать закон Ома для участка цепи, содержащего э.д.с. Это позволяет снять возможный вопрос о допустимости применения закона, установленного для постоянного тока, для описания процессов в колебательном контуре, кроме того, при этом отпадает необходимость оговаривать отсутствие гальванического элемента.
В этом случае роль разности потенциалов играет напряжение на конденсаторе, равное Q C. Записав и считая сопротивление R контура очень малым, переходят к мгновенным значениям, что следует оговорить.
В результате получают Для раскрытия физической сущности электромагнитных колебаний используется метод векторных диаграмм. Построение ведется по четвертям периода и сопровождается объяснением того, как изменяется каждая из величин, представленных на диаграмме. Фазовые соотношения определяются исходя из того, что сила тока имеет смысл скорости изменения заряда, а э.д.с. самоиндукции с учетом знака - скорости изменения тока. При изучении механических колебаний было установлено, что фазы таких колебаний отличаются на 2. После рассмотрения явлений в колебательном контуре переходят к изучению переменного тока как вынужденных электромагнитных колебаний.
Изучение начинается с демонстрации осциллограммы сетевого напряжения, вид которой позволяет считать переменный ток гармоническими электромагнитными колебаниями. Отмечают, что вообще переменный ток - это вынужденные электромагнитные колебания, форма которых определяется законом изменения приложенного напряжения.
Затем выводят уравнения гармонических колебаний э.д.с. индукции в витке обмотки генератора и тока в сети. Подробно устройство генератора не рассматривают, речь идет лишь о получении переменной э.д.с. путем вращения рамки в постоянном магнитном поле. Вывод уравнений опирается на изученные в Х классе закон электромагнитной индукции Фарадея и понятие магнитного потока. Обращают внимание на то, что подобно тому, как при механических колебаниях возможен сдвиг фаз между вынуждающей силой и скоростью колеблющейся точки, так и в случае электромагнитных колебаний может быть сдвиг по фазе между током и напряжением.
Более подробное рассмотрение фазовых соотношений тока и напряжения будет сделано при изучении реактивных сопротивлений и закона Ома для переменного тока. В заключение рассматривается генератор на транзисторе как пример электромагнитной автоколебательной системы. В такой системе вырабатываются высокочастотные незатухающие колебания за счет дозированного периодического поступления энергии от источника постоянного напряжения, входящего в состав системы.
Целесообразно сначала показать такой генератор в действии, а затем объяснить его устройство, используя саму установку и ее схему. Учитывая исключительную важность повторения, обобщения и систематизации всего курса физики в ХI классе, следует особое внимание уделить задачам на повторение с использованием вновь изученного материала. Глава III.Компьютерное моделирование электромагнитных колебаний3.1 Возможности применения графических пакетов, оболочек и электронных пособий при изучении электромагнитных колебаний в курсе физики средней школы На сегодняшний день разработано множество графических пакетов, оболочек Соrel, 3D-Studio, Power-Point, Micro-Cap и др электронных изданий Физика 7-11класс Физикон , Открытая физика, Кирилл и Мефодий и др. позволяющих решать конкретные практические задачи с помощью ЭВМ без знания языков высокого уровня.
По нашему мнению, наиболее приемлемыми для использования в школе являются оболочка PowerPoint и электронные пособия Физика 7-11класс, Открытая физика, Кирилл и Мефодий и др. В своей работе я попытаюсь исследовать данные пособия и показать их применение на основе выбранной темы. 3.2